多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

FDM大型3D打印机的制作与工艺分析

随着行业的发展,3D打印技术在工业领域的应用已成为不可阻挡的趋势。但是目前大多数3D打印机仍停留在桌面级,并不能真正推动制造业的大型化和工业化。因此,大型3D打印机的设计制作将会成为未来3D打印技术的研究方向。以北京通州区某机械公司一遗弃的数控机床为三维平台,制作了可打印大型铸造模具的工业级3D打印机,其中包括熔融挤出系统、三维移动系统、三维控制系统、基板加热系统等。以玻纤含量为20%的ABS为材料,初步探究了其打印可行性。研究了不同计量螺杆转速和压力对熔体挤出质量流量的影响;研究了不同打印速度、计量螺杆转速、层高对堆叠后单丝宽度的影响。通过对实验数据的分析,得到了不同工艺参数对质量流量和丝宽的影响规律,解决了熔体堆积过程中流量分布不均及溢料问题,并为后续打印提供了数据依据。对打印机进行模具打印测试,验证了其打印可行性。     

大流量颗粒料3D打印跳转拉丝控制研究

由于FDM技术本身工艺特点及热塑性材料的粘流特性,在打印过程中容易产生拉丝现象,影响打印件的表面质量和尺寸精度.通过对大流量螺杆挤出沉积成型打印过程中的跳转拉丝问题进行研究,明确了形成拉丝现象的原因,以及影响拉丝量、打印件表面质量和尺寸精度的因素及规律,最终通过优化打印工艺参数,得到了较好表面质量和尺寸精度的打印件.研...     

纳米金刚石浆体3D打印机单螺杆挤出装置的优化及分析

针对纳米金刚石薄膜在光学、电学和医学等方面的广泛应用,设计了一款新型单螺杆挤出型3D打印机,用于制备纳米金刚石薄膜。为了保证纳米金刚石浆体流速和提升打印质量,首先利用Polyflow软件仿真3种不同的单螺杆挤出装置。对比分析了挤出过程中的压力场、剪切速率场以及速度场。结果表明在相同转速下,恒定螺距的最大建压能力为3.571×10⁷ Pa,局部剪切速率最高为10 m/s,且轴向速度较为稳定,说明恒定螺距单螺杆能够提升浆体在输送过程的有效停留时间及混合度;然后使用最小二乘法对恒定螺距的螺杆转速与螺杆挤出口平均流速进行数据拟合,得到转速与挤出口平均流速的数学方程为y=0.001 85x+0.000 131,表明恒定螺距螺杆挤出装置的转速能够规律性地调节挤出口平均流速;最后通过恒定螺距螺杆挤出装置进行打印验证。实验结果表明,该挤出装置在满足打印效率以及精度的前提下,成功制备了纳米金刚石薄膜。     

影响挤出工艺过程的重要因素与参数

虽然挤出机规格和构型及螺杆设计是决定挤出生产线的特性和产品质量的重要因素,但还有其他的一些影响因素和参数也是必不可少的,如胶料特性、制品外形尺寸、螺杆转速、温度控制及销钉构型等均是影响实际生产并应认真考虑挤出过程最佳化的问题。     

变径变螺距螺旋轴参数化模型及性能仿真

在保证料流均匀的条件下,建立变径变螺距螺旋轴参数化设计的计算模型,给出螺旋轴参数化设计的工程应用实例.然后根据基于面积平均加权函数的混合理论,建立在所设计螺旋轴驱动下物料流动的三维分析模型,通过数值模拟与分析,研究螺旋轴工作转速、螺径/螺距比对物料三维流动和混合均化效果的影响,探讨螺旋轴工作转速与物料输送性能之间的关系,得到螺旋轴流场的面积平均加权函数的分布云图及相应的结论,为变径变螺距螺旋轴的结构设计提供了理论依据.另外利用本研究内容所生产的变径变螺距螺旋轴已在企业中得到应用.     

石膏墙板螺杆挤压机溢流加料情况下输送量与螺杆转速的关系研究

石膏墙板螺杆挤压机是石膏生产线的关键设备,为了获得足够的挤出量,必须采用溢流加料.由于石膏螺杆挤压机是多螺杆挤出,且要求出料横向纵向均匀,因此必须确立螺杆转速与挤出量的关系.特别是通过变频达到调整转速进而精确控制流量的目的.     

微小型单杆螺旋泵

设计了一种微小型动力泵——微型单杆螺旋泵，它利用螺杆在液体中旋转时产生螺旋泵送效应来实现流体输运。初步的理论分析和实验研究结果表明：对于确定几何形状参数的矩形螺杆螺旋泵，其输出流量与螺杆转速和背压基本上成线性关系；其最高背压与流体粘度、螺杆转速近似成正比。试制的微小型螺旋泵外形尺寸（包括微电机）为直径８ｍｍ，长４０ｍｍ；重１０ｇ，额定功率消耗０．３Ｗ；最高背压可达２４０ｍｍＨ２Ｏ，最大流量为１００ｍｌ／ｍｉｎＨ２Ｏ。     

基于螺杆泵送料的陶瓷三维打印机挤出机理

微流挤出堆积成形精度主要受打印材料和工艺参数的影响。为了提高陶瓷制件的打印精度，采用螺杆泵输送浆料，以保证浆料连续进给、压力恒定，实现非连续打印；对打印材料进行流变特性分析，根据打印平台结构参数计算挤出速度与流量；最后，建立数学模型，将材料流变特性与平台运动参数合理匹配，并进行了相关实验。实验结果与理论计算结果相一致，验证了送料机构与该数学模型可提高打印精度。     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计。采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM3D打印喷头。用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。     

混凝土3D打印设备开发及工艺规划

针对混凝土三维打印特点和混凝土的材料特性,开发了混凝土3D打印系统及其工艺规划。设计了2种龙门式框架结构。控制系统采用稳定性、可靠性更高的数控系统,对挤出机构进行了仿真分析,对料仓、预搅拌机构及螺杆进行了优化设计。通过实验验证了系统和工艺设计的可行性,针对印刷过程中发现的一些问题进行了分析,并对系统和工艺进行了改进。     

小型LNG装置混合制冷剂螺杆压缩机工作过程模拟

螺杆压缩机具有结构紧凑、维护方便和工况适应性强等优点,在采用混合制冷剂液化流程工艺(MRC)的小型LNG装置中具有良好的应用前景。在MRC流程中需要两级压缩,级间压力是影响两级螺杆压缩机运行状态的主要参数之一。本文根据混合制冷剂工艺流程参数特点,采用圆弧及圆弧包络线构建了螺杆转子型线,分析了两级压缩机工作腔容积的变化规律,建立了两级螺杆压缩机工作过程的数学模型,研究了压缩机工作过程中工作腔内气体压力、级间压力、等熵效率等参数的变化规律。结果表明:两级螺杆压缩机的级间压力依据各级瞬态质量流量自动形成,压缩机稳定运行时的级间压力能使各级质量流量相等;级间压力随转速的增大而逐渐降低,各级等熵效率均随转速的增大而增大。     

4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。     

聚合物熔体微滴喷射装置设计

针对现有3D打印制造技术对材料种类与形状的限制,结合现有微滴喷射制造技术,设计出了一种由螺杆挤出建压系统,电磁铁驱动的机械冲击系统,加热系统,温控系统和三维移动平台组成的聚合物熔体微滴喷射装置,并介绍了其工作原理。采用PP(聚丙烯)粉料作为熔体微滴喷射装置试验用料,通过调节加热温度,螺杆转速,机械冲击脉冲频率,喷嘴和基台距离等工艺参数和机械参数,实现了均匀可控的熔体输送和熔滴喷射,极大的拓展了传统聚合物3D打印所需材料种类与形状限制。     

剪刀式单螺杆螺棱头数和螺棱与机筒间隙对挤出流场影响的计算机模拟

针对剪刀式单螺杆挤出机的几何结构进行优化改进,改变对挤出流场影响较大的螺杆螺棱头数和螺杆螺棱与机筒螺棱之间间隙两种参数,通过Polyflow软件模拟等温状态下聚乙烯(PE)熔体在不同结构参数下的剪切挤出过程.对最大剪切速率、最大剪切应力和压力3个指标进行多角度分析.研究结果发现:螺杆螺棱头数的增加会使单螺杆挤出机的剪切挤出效果增强;螺杆螺棱与机筒螺棱之间的间隙并没有随着间隙的减小而使挤出机的性能增强,而是要选择适当的间隙才能多方面地提高剪刀式单螺杆挤出机的性能.     

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域。而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行。在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型挤出结构。微型螺杆泵具有稳定的压力,可以输送高固含量的介质,并且能够根据转速调节流量,能够满足3D打印的稳定控制、高精度的工艺要求。还详细介绍了微型螺杆泵的工作原理,性能参数,对其应用在微流挤出自由成形工艺上的可行性以及入口压力、转速对其挤出流量的影响。     

海藻酸钠/明胶溶液3D低温沉积成形线材的尺寸精度

以海藻酸钠/明胶溶液为打印材料,采用3D低温沉积成形(LDM)技术在6℃成形环境下打印成线材,对比研究了挤出压力、溶液黏度和喷头速度对试验得到的和理论计算得到的挤出胀大率和挤出拉伸率的影响,确定了最佳打印参数,并探讨了在最佳打印参数下打印件的尺寸精度。结果表明:线材的挤出胀大率随溶液黏度的增加而减小,随挤出压力的增加而增大,挤出拉伸率随喷头速度的增加而增大;最佳打印参数为溶液黏度1.26Pa·s、挤出压力80kPa、喷头速度8mm·s-1,此时线材的成形效果较好,试验值和理论计算值的相对误差最小;在最佳打印参数下,基于挤出胀大率和挤出拉伸率的理论计算结果对打印件尺寸进行调整,调整后打印出的矩形件和空心圆环实际尺寸与设计尺寸的相对误差小于5%,打印精度较高。     

基于3D打印技术新型螺杆转子结构设计及分析

利用3D打印技术的成型特点,针对螺杆转子的复杂成型过程及轻量化设计思路,提出了3D打印技术在螺杆转子成型设计中的应用。通过对螺杆转子内部结构设计,采用聚乳酸(PLA)材料熔融堆积的方法,实现了新型蜂窝状空腔螺杆转子实体模型的建立,充分证明了3D打印技术在复杂工件成型过程中的优势,同时为螺杆转子结构优化及轻量化设计提供了新的参考。     

喷墨式水泥3D打印喷头泥浆流动规律分析

基于熔融沉积成型3D打印工艺,介绍了喷头直接挤出水泥浆的喷墨式水泥3D打印工艺,并通过进料口压力、喷口直径、螺杆转速和螺杆几何尺寸对喷头出料率影响的实验,研究了喷头内水泥浆的流动规律,指出了影响喷头出料的关键因素.     

挤出切削制备梯度结构铝带材的新工艺及机理

挤出切削是一种新型剧烈塑性变形工艺，通过设计特定的材料塑性流动通道，使得材料在切削和挤出的共同作用下，实现一步法制备具有梯度结构的超细晶金属板材或带材，具有工艺简单、所需装备成熟、制造效率高等优点。目前关于挤出切削成形工艺、机理以及制备的梯度超细晶结构材料性能方面研究非常匮乏。通过理论分析、试验以及数值分析相结合的方法，对不同挤出厚度下梯度结构铝带材1060的成形过程进行探究，分析挤出切削加工机理以及工艺参数对制备梯度结构铝带材1060的影响规律。研究结果表明，随着挤出厚度的增加，高应变区范围无明显变化，但低应变区增大，更多的材料从侧向挤出。挤出切削制备的梯度结构铝带材晶粒细化显著，硬度提升明显，晶粒尺寸与硬度在厚度层上均呈明显的梯度分布规律。制备的梯度结构铝带材的拉伸强度随着挤出厚度的增加呈下降趋势，而延伸率有所上升。相比原始样品，梯度结构铝带材的拉伸强度几乎提升了一倍，而延伸率仅略微下降。研究表明，挤出切削是一种可行且高效的梯度结构材料制备工艺，可通过调控工艺参数制备不同梯度分布的材料。